鋁合金窗壓線受力分析

陳東 呂艷艷

1.MOSER65 鋁合金窗壓線受力計算

1.1 荷載計算

設定窗的尺寸為寬為700mm，高為1600mm，風荷載為W=12KN/m2。

則窗受到的風壓力：

風壓力通過玻璃面板作用在壓線上，假設壓線的尺寸與窗的尺寸相等，則壓線受到的荷載為：

本次計算是將壓力P 加到壓線與玻璃接觸的位置，但是事先不知道P 應該為多大，故需要計算不同的值，直到壓線強度接近鋁合金材料的屈服強度，即認為該壓力P為壓線能承受的最大壓力，按公式F=P×a×2×（0.7+1.6）可以反算出風壓力的大小。

1.2 壓線受力計算

1.2.1 模型信息

如圖1所示為鋁合金窗固定側節點，壓線受力形式可以簡化為如圖2 所示，綠色三角的位置為滑動約束，紅色箭頭位置為荷載施加的位置。本文通過有限元分析軟件，設置約束與荷載，測試壓線的極限承載力。

圖1 鋁合金窗固定側節點

圖2 1039 壓線受力示意圖

1.2.2 材質屬性

鋁合金窗的材料為6063-T5鋁合金，其屈服強度為145MPa。

1.2.3 夾具及荷載分布

如圖壓線與框扇接觸部位、端面設為滑動約束（綠色箭頭）,因壓線與框只是接觸部位不能有位移，故在四個面上設置滑動約束。同時本次為了方便計算，選擇了50mm 長的一段壓線來做有限元分析，故壓線兩端也設置為滑動約束；

表1 風荷載與壓線受力對應表

表2 材質屬性

荷載為表3 中相應數據，作用位置如圖3（紅色箭頭）所示。

表3 65 鋁合金窗各個壓線受力匯總表

圖3 1039 壓線夾具及荷載布置圖

1.3 1039 壓線計算結果

（1）1039 壓線應力分布如圖4：最大應力為1.444e+008N/m2，在圖示位置6063-T5 鋁合金窗的屈服強度為1.45e+008 N/m2，滿足安全使用，且說明試算用的荷載9.216KN/m2已是壓線的極限承載力。

圖4 1039 壓線應力分布圖

（2）1039 壓線應變分布如圖5：最大應力為1.444e+008N/mm2，在圖示位置。

圖5 1039 壓線應變分布圖

（3）1039 壓線位移分布如圖6：最大位移為0.5126mm。

圖6 1039 壓線位移分布圖

綜上，在9.216KPa 的風荷載作用下，1039 壓線的應力不會超過6063-T5 鋁合金的需用應力，而變形值為0.5126mm，也是比較小的，但是需要與設計師的許用變形值作對比，不超過許用設計值即可。

圖7 2365 壓線受力示意圖

1.4 數據匯總

對65 鋁合金窗用到的所有壓線做同樣的計算，其能承受的風荷載如表3。

用與1039 壓線相同的方法可以計算出65 系列鋁合金窗的壓線能承受的風荷載值。本文采用的窗型是寬700mm、高1600mm 的窗型，綜合上述數據，65 系列鋁合金窗壓線能承受的荷載均已超過檢測用最大風荷載（5KN/m2），且在最大荷載作用下的變形量也沒有超過1mm，說明結構合理。

如果想看壓線是否能承受得了玻璃的重量，該表使用示例：假設現在有一個700mm，高1600mm 的窗戶，配用1037 壓線，則其能承受的重量為12×0.7×1.6/9.8×1000=1371kg，一般的玻璃重量根本達不到這么重，可見壓線不會因玻璃太重而被壓壞。

2.變換窗戶尺寸及壓線系列荷載計算

為了驗證換一個系列的壓線及更改窗戶尺寸壓線受力還是否能滿足要求，現用75 系列鋁合金窗壓線，窗型尺寸為W=5.65m H=2.4m 和W=6.3m H=2.55m 來計算。

圖11 2365 壓線位移分布圖

2.1 壓線荷載計算

窗 的 尺 寸 為 寬w=5650mm，高h=2400mm 及w=6300mm，高h=2550mm。風荷載如表4。則窗受到的風壓力為F=W×w×h；風壓力通過玻璃面板作用在壓線上，假設壓線的尺寸與窗的尺寸相等；則壓線受到的荷載為P=F/［1.2×10^-3×2×（5.65+2.4）］及P=F/［1.2×10^-3×2×（6.3+2.55）］，如表4。

表4 75 鋁合金窗壓線受力匯總表

2.2 變換窗戶尺寸后壓線受力計算

2.2.1 模型信息

2.2.2 材質屬性

鋁合金窗的材料為6063-T5鋁合金，其屈服強度為145MPa。材質屬性見表5。

表5 材質屬性

2.2.3 夾具及荷載分布

如圖8 壓線與框扇接觸部位、端面設為滑動約束（綠色箭頭）；荷載為表中相應數據，作用位置如圖（紅色箭頭）所示。

圖8 2365 壓線夾具及荷載布置圖

2.3 6.3×2.55 窗壓線2365 計算結果

（1）6.3×2.55 窗壓線2365 應力分布如圖8：最大應力為1.45e+008N/m2，在圖示位置6063-T5 鋁合金窗的屈服強度為1.45e+008 N/mm2，滿足安全使用，且說明6.525KN/m2已是壓線的極限承載力。

（2）6.3×2.55 窗壓線2365 應變分布如圖9。

圖9 2365 壓線應力分布圖

（3）6.3×2.55 窗壓線2365 位移分布如圖10：最大位移為0.4703mm。

圖10 2365 壓線應變分布圖

2.4 總結

綜合上述數據，75 鋁合金窗壓線能承受的荷載均已超過檢測用最大風荷載（5KN/m2），說明結構合理。

示例：假設現有一個寬5.65m、高2.4m 的窗戶，配用壓線，則其能承受的重量為6.895929×5.65×2.4/10×1000=9351kg。

3.結束語

通過對7×1.6、5.65×2.4和6.3×2.55窗戶的不同鋁合金窗壓線進行仿真模擬計算，可以知道，目前鋁合金窗壓線能承受的風荷載已經是《建筑幕墻、門窗通用技術條件》（GB/T31433-2015）[1]里邊的最高等級風壓了，所以鋁合金窗壓線的普遍結構還是很安全的，使用者或者銷售人員根本不用擔心壓線會被壓變形。